DE3219600C2 - Steuereinrichtung zur Steuerung des Kühlmittelflusses durch eine Kühlmittelleitung eines Antriebsmotors, insbesondere Schiffsantriebsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Kühlmittelflusses durch eine Kühlmittelleitung eines Antriebs­ motors, insbesondere eines Schiffsantriebsmotors.

Wasserkühlsysteme von Verbrennungsmotoren weisen üblicherweise einen Thermostaten auf, der den Kühlwasserfluß in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur so dosiert, daß sich eine ge­ wünschte Betriebstemperatur des Motors einstellt.

Ein derartiges Motorkühlsystem mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Kühlmittelflusses durch eine Kühlmittelleitung des Motors ist beispielsweise aus der US 2,622,572 bekannt. Die Steuereinrichtung dieses bekannten Kühlsystems umfaßt einen Thermostaten, der in einem vom Motor zum Kühlerradiator führen­ den Kühlmittelleitungsabschnitt angeordnet ist und einen Ven­ tilkörper aufweist, der an einer temperaturabhängig bewegten Ventilstange des Thermostaten gehalten ist und dazu dient, die Kühlmittelströmung zum Kühlradiator in gesteuerter Weise zu sperren bzw. freizugeben. Der Thermostat ist in Abhängigkeit von der Stellung der Motordrosselklappe bewegbar angeordnet, so daß die Stellung des Ventilelementes nicht nur von der Tempera­ tur des Kühlmittels, sondern auch von der Stellung der Drossel­ klappe abhängt. Die temperaturabhängige Verschiebung der Ven­ tilstange ist stets der Verschiebung aufgrund der Drosselklap­ penbewegung überlagert, so daß bei der bekannten Steuereinrich­ tung grundsätzlich zwei streng miteinander gekoppelte Steue­ rungsmechanismen für die Beeinflussung der Kühlmittelströmung vorgesehen sind. Bei im wesentlichen geschlossener Drossel­ klappe ist der Thermostat so positioniert, daß die Kühlmittel­ flußdosierung nahezu ausschließlich aufgrund der temperatur­ abhängigen Bewegung des Ventilkörpers erfolgt. Bei weit geöff­ neter Drosselklappe ist das Ventilelement aufgrund der Ver­ schiebung des Thermostaten in Richtung zu seiner Öffnungsstel­ lung hin versetzt. Die von der Drosselklappeneinstellung ab­ hängige und über eine Stelleinrichtung bewirkte Verschiebung des Thermostaten dient dazu, eine "Offset"-Einstellung des Ventilkörpers vorzusehen, um dessen temperaturabhängige An­ sprechzeit zu modulieren.

Aus der Zeitschrift: "Die Yacht, Heft 8, 1959, S. 244" ist ein Außenbordmotor mit einem Wasserkühlsystem bekannt, bei dem das Kühlwasser mittels einer Wasserpumpe durch einen Kühlwasser­ kreislauf gefördert wird. An dem Kühlwasserkreislauf ist ein Frischwasserzulauf zur Einspeisung von frischem Kühlwasser und ein Heißwasserablauf zur Entfernung von heißem Kühlwasser aus dem Kühlsystem vorgesehen. In dem Heißwasserablauf ist ein Thermostatventil angeordnet, welches den Heißwasserablauf zur Abgabe von Kühlwasser in Abhängigkeit von der Kühlwassertempe­ ratur freigibt. In dem Kühlwasserkreislauf ist ein Überdruck­ ventil vorgesehen. Dieses Überdruckventil kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn der Thermostat den Heißwasserablauf sperrt und sich dann aufgrund der Tätigkeit der Wasserpumpe ein entsprechender Druck im Kreislauf aufbaut, welcher das Über­ druckventil öffnet. Auf diese Weise wird dann das vom Motor kommende warme Kühlwasser über den Kühlwasserkreislauf wieder dem Motor zugeführt. Das bei geöffnetem Thermostatventil aus dem Kühlsystem austretende Kühlwasser wird durch Wasser aus dem Frischwasserzulauf ersetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrich­ tung zur Steuerung des Kühlmittelflusses durch einen Kühlmit­ telleitungsabschnitt des Motors bereitzustellen, die mit ein­ fachen, platzsparenden Mitteln bei niedrigen Drehzahlen eine feine Dosierung des Kühlmittelflusses nach Maßgabe der Kühl­ mittelflußtemperatur ermöglicht, um eine gewünschte Motorbe­ triebstemperatur einzustellen und aufrecht zu erhalten, und die auch den Kühlwasseranforderungen bei höheren Motordrehzahlen gerecht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt die Steuereinrichtung erfin­ dungsgemäß einen Thermostaten, der eine temperaturabhängig wirkende Einrichtung zur Kühlmittelflußsteuerung in Abhängig­ keit von der Kühlmitteltemperatur aufweist und der relativ zu einem Ventilsitz eines Durchgangsabschnittes der Kühlmittel­ leitung bewegbar angeordnet ist, derart, daß er einen durch den Durchgangsabschnitt führenden, von der temperaturabhängig wirkenden Einrichtung unbeeinflußten Strömungsweg für das Kühlmittel sperrt bzw. freigibt, und eine Stelleinrichtung, die den Thermostaten in Abhängigkeit von der Stellung einer die Motordrehzahl des Antriebsmotors steuernden Drosselklappe und unabhängig von der Kühlmitteltemperatur bewegt.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ermöglicht es, einen Kühlmittelfluß durch zwei in Reihe geschaltete und über einen Durchgangsabschnitt miteinander kommunizierende Leitungsab­ schnitte mittels zweier unabhängig voneinander arbeitender Steuermechanismen zu steuern.

Der erste Steuermechanismus betrifft die von der Drosselklap­ penstellung abhängige Verschiebung des Thermostaten relativ zu dem Ventilsitz. Bei geöffneter Drosselklappe macht der Thermo­ stat in dem Durchgangsabschnitt einen Strömungsweg frei, über den Kühlwasser durch den Durchgangsabschnitt hindurchströmen kann, wobei der auf diese Weise realisierte Strömungsweg von der Temperatur völlig unabhängig ist. Die von der Drosselklap­ penstellung abhängige Steuerung des Kühlmittelflusses dient dazu, bei höheren Drehzahlen des Motors einen hinreichend starken, den Kühlanforderungen entsprechenden Kühlmittelfluß zu realisieren.

Der zweite Steuerungsmechanismus betrifft den von dem Thermo­ staten ungeachtet dessen Stellung relativ zu dem Ventilsitz in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur beeinflußten Kühl­ mittelfluß durch den Durchgangsabschnitt. Der von der Tempera­ tur abhängige Kühlmittelfluß durch den Durchgangsabschnitt hat jedoch einen Strömungsweg, der von der Bewegung bzw. Stellung des Thermostaten relativ zu dem Ventilsitz völlig entkoppelt ist. Die nur auf diesen Strömungsweg wirkende Einrichtung zur Kühlmittelflußsteuerung in Abhängigkeit von der Kühlmittel­ temperatur ermöglicht in bezug auf diesen Strömungsweg einen präzise dosierten Kühlmittelfluß, um eine möglichst optimale Motorbetriebstemperatur bei niedrigen Drehzahlen zu halten.

Beim Übergang zu höheren Motordrehzahlen wird der von der temperaturabhängig wirkenden Einrichtung unbeeinflußte Strö­ mungsweg aufgrund der Verschiebung des Thermostaten geöffnet, so daß der von der Drosselklappenstellung abhängige Mechanismus wirksam werden kann.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht von einer Schiffsantriebsvorrich­ tung.

Fig. 2 eine Schnittansicht von einem Motorkühlsystem mit einer Steuereinrichtung nach der Erfindung für den in Fig. 1 gezeigten Außenbordmotor.

In Fig. 1 ist eine Schiffsantriebsvorrichtung in Gestalt ei­ nes Außenbordmotors 10 gezeigt, der an einem Boot befestigt wer­ den kann und eine untere Einheit 12 aufweist, die einen Propel­ ler 14 trägt. Der Außenbordmotor 10 umfaßt ferner den eigentli­ chen Motor mit einem Motorblock 20 und einem Zylinderkopf 22. Wie in Fig. 2 dargestellt, enthält der Motorblock 20 und der Zylinderkopf 22 eine Kühlmittelleitung 24. Die Kühlmittelleitung 24 steht mit den Kühlmittelpassagen in dem Mo­ torblock 20 in Verbindung und umfaßt, wie dargestellt, einen stromaufwärtigen Abschnitt 26, einen stromabwärtigen Abschnitt 28 und einen Durchgangsabschnitt 30 mit einem ringförmigen Ventilsitz 32. Der Abschnitt 30 bildet eine Verbindung zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Abschnitt 26, 28. Der Außen­ bordmotor 10 weist ferner eine Einrichtung auf, die eine Kühl­ wasserströmung durch den Motor und die Kühlmittelleitung 24 schafft. Diese die Kühlwasserströmung durch den Motor vorsehen­ de Einrichtung kann eine herkömmliche Pumpe 25 sein, auf die im Detail nicht näher eingegangen wird. Das Kühlwasser hält bei seiner Strömung durch den Motor diesen bei einer gewünschten Tem­ peratur. Bei niedrigen Drehzahlen soll der Motor bei relativ hohen Temperaturen arbeiten, so daß nur eine relativ geringe Wassermenge durch den Motor gepumpt wird. Wenn dagegen die Mo­ tordrehzahl zunimmt, ist es erwünscht, daß die Motortemperatur herabgesetzt wird, indem man eine wesentlich höhere Wasserströ­ mung durch den Motor vorsieht.

Um einen derartigen Kühlwasserfluß durch den Motor zu schaffen, ist die erfindungsgemäße Steuereinrichtung vorgesehen, die die Kühlwasserströmung durch den Motor und die Kühlmittelleitung 24 entsprechend der Motor­ temperatur ändert und die Kühlwasserströmung durch den Motor und die Kühlmittelleitung 24 erhöht, wenn die Motortempera­ tur ansteigt, bzw. die Wasserströmung durch den Motor und die Kühlmittelleitung 24 verringert, wenn die Motortemperatur ab­ nimmt. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung der Kühlwasserströmung durch den Motor umfaßt ferner eine Einrichtung, die eine im wesentlichen ungehinderte Wasserströmung durch den Motor schafft, wenn dieser eine erhöhte Drehzahl erreicht hat.

Die Steuereinrichtung umfaßt einen Thermosta­ ten 34, der in dem Durchgangsabschnitt 30 angeordnet ist und eine begrenzte Fluidströmung durch diesen Abschnitt schafft. Bei der dargestellten Konstruktion ist der Grundkörper des Thermostaten 34 so aufgebaut, daß er ein Ventilelement bildet, das in Eingriff mit dem Ventilsitz 32 bringbar ist, um eine Fluidströmung längs des Thermostaten und durch den Durch­ gangsabschnitt 30 zu verhindern. Insbesondere umfaßt der Ther­ mostat 34 einen im wesentlichen zylindrischen Grundkörper 38, der sich durch den Abschnitt 30 erstreckt. Der Grundkörper 38 hat einen Umfangsflansch 40 mit einer Stirnfläche 36, die in Eingriff mit einer komplimentären ebenen Fläche des Ventilsitzes 32 kommt. Der Thermostat 34 kann einen herkömmlichen inneren Auf­ bau mit ein oder mehreren zentralen in Längsrichtung sich er­ streckenden Bohrungen 42 haben, die eine Wasserströmung durch den Thermostaten von dem stromaufwärtigen Abschnitt 26 zu dem stromabwärtigen Abschnitt 28 ermöglichen. Der Thermostat 34 hat ferner eine herkömmliche, nicht dargestellte, innere Ein­ richtung, die die Wasserströmung durch die Bohrungen 42 bei niedrigen Motortemperaturen einschränkt und eine erhöhte Was­ serströmung durch die Bohrungen 42 schafft, wenn die Temperatur des Motors zunimmt.

Wie zuvor erwähnt, ermöglicht die Steuereinrichtung eine im wesentli­ chen ungehinderte Kühlwasserströmung durch den Motor, wenn die Motordrehzahl auf einen vorgegebenen Drehzahl­ wert angestiegen ist. Hierzu ist eine Einrich­ tung vorgesehen, die eine Bewegung des Flansches 40 des Thermostaten 34 weg von dem Ventilsitz 32 bewirkt, wenn die Motordrehzahl an­ steigt, so daß durch den Durchgangsabschnitt 30 eine im wesent­ lichen ungehinderte Kühlwasserströmung erhalten wird. Die Ein­ richtung, die diese Bewegung des Thermostaten 34 bewirkt, um­ faßt eine Membran 50, die ein Membrangehäuse 52 im wesentli­ chen halbiert und in eine erste Kammer 54 und eine zweite Kam­ mer 56 unterteilt. Der Thermostat 34 ist an der Membran 50 be­ festigt bzw. angeklebt, so daß die Bewegung der Membran 50 auf den Thermostaten 34 übertragen wird. Das Membrangehäuse 52 liegt so, daß das durch den Abschnitt 30 strömende Wasser in die zwei­ te Kammer 56 des Membrangehäuses 52 fließt. Die zweite Kammer 56 steht mit dem stromabwärtigen Abschnitt 28 der Kühlmittellei­ tung 24 in Verbindung, so daß das durch die Kühlmittelleitung fließende Wasser nacheinander durch den Durchgangsabschnitt 30 die zweite Kammer 56 und dann in den stromabwärtigen Abschnitt 28 strömt.

Weiter ist eine Stelleinrichtung vorgesehen, die den Fluiddruck auf die Membran 50 aufrechterhält, wenn der Motor bei niedriger Drehzahl läuft, so daß der Thermostatflansch 40 gegen den Ven­ tilsitz 32 gedrückt wird und damit eine Kühlwasserströmung durch den Durchgangsabschnitt 30 verhindert wird. Diese Einrichtung umfaßt auch eine Einrichtung zur Verringerung des Druckes auf die Membran 50, wenn die Drehzahl des Motors einen erhöhten Wert erreicht hat. Die Stelleinrichtung umfaßt eine Wasserpassage 60 zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt 26 der Kühlmittellei­ tung 24 und der ersten Kammer 54. Von der ersten Kammer er­ streckt sich eine Ablaßleitung 62, über die Wasser aus der ersten Kammer 54 abgeführt werden kann. Ventileinrich­ tungen sind in der Ablaßleitung 62 vorgesehen, um das Wasser über die Leitung 62 aus der ersten Kammer 54 abzuführen. Die Ventileinrichtung umfaßt bei der dargestellten bevorzugten Anordnung einen Ventilgrund­ körper 66, der mit der Leitung 62 verbunden ist. Ein bewegli­ ches Ventilelement 68 ist in dem Ventilgrundkörper 66 angeord­ net und wird durch eine Ventilfeder 72 gegen einen Ventilsitz 70 gedrückt. Die Stelleinrichtung umfaßt ferner Mittel, um das Ven­ tilelement 68 von dem Ventilsitz 70 wegzubewegen, wenn die Mo­ tordrehzahl einen erhöhten Wert erreicht hat, so daß eine Was­ serströmung von der ersten Kammer 54 über die Leitung 62 längs des Ventilsitzes 70 und in eine Ablaßleitung 74 erfolgen kann. Auch sind Mittel vorgesehen, die eine Bewegung des Ven­ tilelementes 68 weg von dem Ventilsitz 70 ermöglichen, wenn die Drosselklappe sich ausreichend bewegt hat, um die Motordrehzahl auf den erhöhten Wert zu bringen. Bei der gezeigten Anord­ nung wird das Ventilelement 68 von einer Kompressionsfeder 72 abge­ stützt. Diese Kompressionsfeder 72 stützt sich wiederum auf ei­ nem beweglichen Element 76 ab, das mit einem Ende 78 von einem Hebel 80 für die Motordrosselklappe verbunden ist.

Wenn beim Betrieb der Motor bei niedriger Drehzahl läuft, wird der Thermostatflansch 40 in Anlage mit dem Ventilsitz 32 gehal­ ten und eine Fluidströmung durch die Ablaßleitung 62 verhindert. Der Wasserdruck in der ersten Kammer 54 ist daher im wesentli­ chen gleich dem Wasserdruck in dem stromaufwärtigen Abschnitt 26 der Kühlmittelleitung 24. Da die Membran 50 eine größere Quer­ schnittsfläche als der Durchgangsabschnitt 30 hat, ist die Kraft des Wasserdruckes auf die Membran 50, die den Thermostaten in die geschlossene Stellung drückt, größer als die Kraft, die durch den Wasserdruck auf den Thermostaten ausgeübt wird. Folg­ lich wird der Thermostatflansch 50 in Eingriff mit dem Ventil­ sitz 32 gehalten und die Wasserströmung durch die Kühlmittellei­ tung 24 gänzlich durch das Wasser gesteuert, das durch die Boh­ rungen 42 des Thermostaten fließt.

Wenn der Drosselklappenhebel 80 bewegt wird, um den Motor auf eine erhöhte Drehzahl zu bringen, bewirkt das Ende 78 des He­ bels 80 eine Bewegung des beweglichen Elementes 76 weg von dem Ventilsitz, wodurch die Kraft der Feder 72 auf das bewegliche Ventilelement 68 abnimmt. Der Wasserdruck in der Leitung 62 be­ wirkt dann eine Bewegung des Ventilelementes 68 weg von dem Ven­ tilsitz 70, so daß das Wasser in der ersten Kammer 54 über die Leitungen 62 und 74 abfließen kann. Dies führt zu einer wesent­ lichen Verringerung des Wasserdruckes in der ersten Kammer 54 und damit zu einer wesentlichen Herabsetzung der durch den Was­ serdruck in der ersten Kammer 54 ausgeübten Kraft auf die Mem­ bran 50. Der Wasserdruck auf den Thermostaten 34 kann daher den Thermostaten in Fig. 2 nach links bewegen, so daß der Flansch 40 des Thermostaten sich von dem Ventilsitz 32 wegbewegt, was eine wesentlich erhöhte Kühlwasserströmung durch den Abschnitt 30 und durch den Motor ermöglicht.

Wird die Drosselklappe zur Verringerung der Motordrehzahl be­ wegt, so kommt das Ventilelement 68 wieder in Eingriff mit dem Ventilsitz 70. Dies verhindert eine Fluidströmung durch die Ab­ laßleitung 62 und bewirkt eine Erhöhung des Wasserdruckes in der ersten Kammer 54. Folglich wird der Flansch 40 des Thermo­ staten 34 gegen den Ventilsitz 32 gedrückt, was eine Kühlwas­ serströmung längs des Thermostaten und durch den Durchgangsab­ schnitt 30 verhindert. Damit wird die Kühlwasserströmung wie­ der auf den Teil beschränkt, der durch den Thermostaten strömt und von der Motortemperatur abhängig ist.

Claims (6)

1. Steuereinrichtung zur Steuerung des Kühlmittelflusses durch eine Kühlmittelleitung eines Antriebsmotors, insbesondere Schiffsantriebsmotors, umfassend

• - einen Thermostaten (34), der eine temperaturabhängig wirkende Einrichtung zur Kühlmittelflußsteuerung in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur aufweist und der relativ zu einem Ventilsitz (32) eines Durchgangs­ abschnittes (30) der Kühlmittelleitung (24) bewegbar angeordnet ist, derart, daß er einen durch den Durch­ gangsabschnitt (30) führenden, von der temperaturab­ hängig wirkenden Einrichtung unbeeinflußten Strömungs­ weg für das Kühlmittel sperrt bzw. freigibt, und
• - eine Stelleinrichtung (50, 62, 66, 68, 72, 76, 80) die den Thermostaten (34) in Abhängigkeit von der Stellung einer die Motordrehzahl des Antriebsmotors (20, 22) steuernden Drosselklappe und unabhängig von der Kühlmitteltemperatur bewegt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Thermo­ stat (34) ein mittels der Stelleinrichtung (50, 62, 66, 68, 72, 76, 80) mit dem Ventilsitz (32) in Ein­ griff bringbares bzw. von dem Ventilsitz (32) entfern­ bares Ventilelement (40) aufweist, das durch einen Flansch an dem Thermostatengehäuse gebildet ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stelleinrichtung (50, 62, 66, 68, 72, 76, 80) ein Gehäuse mit einer ersten Kammer (54) und einer durch eine Membran (50) von der ersten Kammer (54) ge­ trennten zweiten Kammer (56) umfaßt und wobei der Thermostat, (34) mit der Membran (50) verbunden ist, derart, daß er bei einer Änderung des Druckes in den Kammern (54, 56) durch die Membran (50) bewegt wird.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, wobei der Thermostat (34) in bezug auf den Ventilsitz (32) derart an der Membran (50) angeordnet ist, daß eine Erhöhung des Druckes in der ersten Kammer (54) relativ zum Druck in der zweiten Kammer (56) eine Be­ wegung des Ventilelementes (40) in Richtung auf den Ventilsitz (32) - und eine Verringerung des Druckes in der ersten Kammer (54) relativ zur zweiten Kammer (56) eine Bewegung des Ventilelements (50) vom Ventilsitz (32) weg bewirkt.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, wobei ein in bezug auf den Durchgangsabschnitt (30) stromaufwärtig liegender Leitungsabschnitt (26) der Kühlmittelleitung (24) mit der ersten Kammer (54) ver­ bunden ist und wobei die Stelleinrichtung (50, 62, 66, 68, 72, 76, 80) den Fluiddruck in der ersten Kammer vermindert, wenn die Drosselklappe in eine Stellung hoher Motordrehzahl bewegt wird.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Stelleinrichtung (50, 62, 66, 68, 72, 76, 80) eine mit der ersten Kammer (54) verbundene Ablaß­ leitung (62) zum Entlasten der ersten Kammer (54) und eine Ventileinrichtung (68) aufweist, die den Kühl­ mittelstrom durch die Ablaßleitung (62) steuert, wobei die Ventileinrichtung (68) dazu eingerichtet ist, die Ablaßleitung (62) zu schließen, wenn die Drosselklappe in eine Stellung niedriger Motordrehzahl bewegt ist, und die Ablaßleitung (62) zu öffnen, wenn die Drossel­ klappe in eine Stellung hoher Motordrehzahl bewegt ist.